JPH11109775A - 直接発熱型加熱ローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】軸心方向および周方向における温度ムラが小さ
く且つ全抵抗値が低い直接発熱型加熱ローラを提供す
る。 【解決手段】加熱ローラ１０の抵抗発熱体層３４は、二
重螺旋を形成する二本の螺旋状抵抗体層３４ａ、３４ｂ
から構成される。そのため、抵抗発熱体層３４の全抵抗
値Ｒは並列する二本の螺旋状抵抗体層３４ａ、３４ｂの
合成抵抗で与えられ、個々の螺旋状抵抗体層３４ａ、３
４ｂの抵抗値Ｒａ、Ｒｂを低くすることなくその本数に
応じて全抵抗値Ｒを低くできる。したがって、螺旋状抵
抗体層３４ａ、３４ｂの幅寸法を広くし或いは全長を短
くする場合の周方向或いは軸心方向の温度ムラの増大を
伴うことなく全抵抗値Ｒを低くできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静電複写機等のトナー
定着用等に用いられる加熱ローラに関し、特に円筒状の
外周面を有する電気絶縁性基体上に発熱体を備えた直接
発熱型加熱ローラの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、トナー画像を紙等に転写した後
に定着する複写機においては、トナーが転写された記録
紙等を複写機内に備えられた加熱ローラと加圧ローラと
の間を通過させることにより、加熱と同時に加圧をし
て、トナーを記録紙等に定着させることが行われてい
る。このような加熱ローラの一つに、硬質ガラス等から
成る円筒状の電気絶縁性基体の外周面或いは内周面に抵
抗発熱体層を備えたものがある。例えば、特開昭６３−
１５８５８２号公報に記載された加熱定着ロールのよう
な表面発熱型加熱ローラや、特開平７−２４４４４１号
公報に記載されたガラス製定着ローラのような内面発熱
型加熱ローラがそれである。これらの加熱ローラによれ
ば、電気絶縁性基体上に密着して設けられている発熱体
によってその電気絶縁性基体が直接的に発熱させられる
直接発熱型であるため、従来から用いられてきたハロゲ
ン・ランプ等を内部に備えた内部発熱型に比較して予熱
時間が短く且つ消費電力が少ないという利点がある。

【０００３】ところで、加熱ローラの抵抗発熱体層は、
軸心方向における温度分布を可及的に均一にするため
に、両端部における放熱量や記録紙の通過による部分的
な温度低下、或いは抵抗体材料の面積抵抗率等を考慮し
て、例えば、上記特開平７−２４４４４１号公報或いは
特開平６−２３１８６４号公報等に記載されるような螺
旋状や櫛形状等の種々のパターンに形成することが望ま
れる。このような抵抗発熱体層のパターン形成は、電気
絶縁性基体の外周面に対しては印刷や転写等で行われる
が、内周面にはそれらの簡便且つ信頼性の高い方法を利
用できない。そこで、本願出願人は、先に、特願平８−
８９６３号において、円筒状の電気絶縁性基体の内周側
に吐出細管を挿入し、その電気絶縁性基体が回転させら
れている状態で、その吐出細管を軸心方向に移動させつ
つその先端から抵抗体ペーストを内周面に向かって吐出
させることによって抵抗発熱体層をパターン形成する方
法を提案した。この方法によれば、抵抗体ペーストが螺
旋状等のパターンで連続的に形成されることから、簡単
な製造工程で電気絶縁性基体の内周面に抵抗発熱体層を
パターン形成できる。しかも、上記特開平７−２４４４
４１号公報に示されるような全面塗布および研削加工に
よりパターン形成する場合の研削加工に起因する加熱ロ
ーラの機械的強度の低下も生じ得ない。なお、上記の吐
出細管による塗布方法は外周面にパターン形成する場合
にも適用可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年で
は、静電複写機の時間当たりの処理量を多くして高速化
する目的で直径の大きな加熱ローラを用いることが行わ
れている。加熱ローラおよび加圧ローラの直径が大きく
なるほど、その外周面のうち一時に定着に寄与し得る部
分の周方向長さが長くなることから、加熱および加圧時
間を確保しつつ記録紙の搬送速度を高めることができて
処理量を増大させ得るためである。因みに、加熱ローラ
の直径が20(mm)の場合の処理量を6 〜8(枚／分) とする
と、直径30(mm)の場合には 20(枚／分) 程度まで増大す
る。この場合において、上記のような抵抗体ペーストを
螺旋状等に連続塗布してパターン形成された抵抗発熱体
層を備える加熱ローラでは、抵抗発熱体層が取り得るシ
ート抵抗値Ｒs(＝ρ／ｔ；但し、ρ：抵抗率、ｔ：膜
厚）の範囲が比較的狭いことから、直径が大きくなるほ
ど抵抗発熱体層の全長が長くなって全抵抗値Ｒが増大
し、予熱時間が長くなるという問題があった。加熱ロー
ラがトナー定着に適切な温度に上昇するまでの時間は供
給電力が大きいほど短くなるが、静電複写機の使用電圧
は100 或いは200(V)に限定されることから全抵抗値Ｒで
電力が決定されるのである。

【０００５】すなわち、上式に示されるように、抵抗発
熱体層のシート抵抗値Ｒs は抵抗率ρに比例し膜厚ｔに
反比例する。ところが、抵抗発熱体層は一般に銀合金系
等の金属材料を含む厚膜材料から構成されることから、
高温になる加熱ローラでは膜厚ｔを厚くするほどガラス
から成る基体と抵抗体との熱膨張率の差に起因して剥離
し易くなる。そのため、加熱ローラに要求される耐久性
を満足し得る十分に高い固着強度を保ち得る膜厚ｔはせ
いぜい十数 (μm)程度に過ぎない。しかも、一般にトナ
ー定着用加熱ローラでは定電流制御をしている。そのた
め、加熱ローラ内に部分的に温度が高い部分が生じた場
合にその部分の抵抗値が高くなると、その発熱量が増大
して一層高温になり得ることから、抵抗温度係数（ＴＣ
Ｒ）の比較的小さいことが望まれるため、抵抗発熱体層
の構成材料は実質的に銀合金系の材料に限定されて抵抗
率ρが低い材料を選択することはできない。したがっ
て、抵抗率ρおよび膜厚ｔの何れも殆ど変化させ得ない
ことから、シート抵抗値Ｒsを十分に低くすることはで
きなかったのである。このような事情は表面発熱型加熱
ローラにおいても同様である。

【０００６】なお、螺旋状等に形成される抵抗発熱体層
のパターン幅（塗布幅寸法）を広くすれば全抵抗値Ｒを
低くできるが、前記のような塗布方法において幅を広げ
るためには抵抗体ペーストの粘度を低下させて塗布直後
からの広がり幅を大きくしなければならない。そのた
め、粘度を低くするほど周方向の膜厚ムラが生じ易くな
ることから、周方向に抵抗値ムラ延いては温度ムラが生
じないようにするためには粘度を比較的高く保つ必要が
あって、それほど幅を大きくすることはできない。一
方、抵抗発熱体層の全長は螺旋の間隔（ピッチ）と直径
とで決定されることから、全抵抗値Ｒを低くするために
その全長を短くして間隔を大きくすると軸心方向の温度
ムラが大きくなる。したがって、加熱ローラにおいて
は、記録紙等に接触させられる表面温度をトナーの定着
に適切な数 (℃) 程度の狭い範囲に保つ必要があること
から可及的にその表面温度ムラの小さいことが望まれる
ため、全抵抗値Ｒを小さくする目的でこれらの方法をと
ることはできないのである。因みに、表面温度が低過ぎ
る場合にはトナーが十分に溶融しないことから定着でき
ず、反対に高過ぎる場合にはトナーが過度に溶融させら
れて光沢が生じる。

【０００７】本発明は、以上の事情を背景として為され
たものであって、その目的は、軸心方向および周方向に
おける温度ムラが小さく且つ全抵抗値が低い直接発熱型
加熱ローラを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成するた
め、本発明の要旨とするところは、円筒状の外周面を有
する電気絶縁性基体上に抵抗発熱体層が備えられ、その
抵抗発熱体層によって直接的に発熱させられたその電気
絶縁性基体のその外周面を用いて均等に押圧しつつ加熱
する直接発熱型加熱ローラであって、(a) 前記抵抗発熱
体層は、それぞれ前記電気絶縁性基体の周方向に回転し
つつその軸心方向に連続する螺旋状を成し且つその軸心
方向の中間部において相互に電気的に絶縁させられて多
重螺旋を形成する複数本の螺旋状抵抗体層から構成され
ることにある。

【０００９】

【発明の効果】このようにすれば、直接発熱型加熱ロー
ラの抵抗発熱体層は、それぞれ電気絶縁性基体の周方向
に回転しつつその軸心方向に連続する螺旋状を成し且つ
その軸心方向の中間部において相互に電気的に絶縁させ
られて多重螺旋を形成する複数本の螺旋状抵抗体層から
構成される。そのため、加熱ローラには複数本の螺旋状
抵抗体層が相互に電気的に絶縁させられて多重螺旋を形
成するように並列に設けられることから、抵抗発熱体層
の全抵抗値Ｒは並列する複数本の螺旋状抵抗体層の合成
抵抗として 1／Ｒ＝Σ(1／Ｒi)で与えられる。すなわ
ち、個々の螺旋状抵抗体層の抵抗値Ｒi を低くすること
なくその本数に応じて全抵抗値Ｒを低くできる。したが
って、全抵抗値Ｒを低くする目的で螺旋状抵抗体層の幅
寸法を広くし或いは全長を短くする必要がないため、幅
寸法を広くする場合のような周方向の温度ムラの増大、
或いは全長を短くする場合のような螺旋間隔の増大延い
ては軸心方向の温度ムラの増大を伴うことなく全抵抗値
Ｒを低くできる。しかも、一定の全抵抗値Ｒを得る場合
には、螺旋状抵抗体層の本数を多くするほど各々の全長
を長くして抵抗値を高くする必要があって螺旋の間隔が
短くなるため、軸心方向の温度ムラは一層小さくなる。
更に、基体上には軸心方向に沿って複数本の螺旋状抵抗
体層が順次配列されることから、螺旋に沿って抵抗値の
バラツキが生じた螺旋状抵抗体層があっても、そのバラ
ツキが他の螺旋状抵抗体層で緩和されるため、その軸心
方向および周方向における抵抗値バラツキ延いては温度
ムラも生じ難くなる。上記により、軸心方向および周方
向における温度ムラが小さく且つ全抵抗値が低い直接発
熱型加熱ローラが得られる。

【００１０】

【発明の他の態様】ここで、好適には、前記複数本の螺
旋状抵抗体層は、前記電気絶縁性基体の軸心方向の中間
部の各位置において周方向における配置が均等となるよ
うに設けられたものである。このようにすれば、軸心方
向の中間部の各位置において複数本の螺旋状抵抗体層が
周方向に均等な位置に配列されることから、その周方向
における温度分布が一層一様になる。しかも、周方向に
均等に配置されることは複数本の螺旋状抵抗体層の一組
毎の相互間隔が軸心方向においても一様であることを意
味するため、その軸心方向の温度分布も一層一様とな
る。

【００１１】また、好適には、前記複数本の螺旋状抵抗
体層は、前記電気絶縁性基体の軸心方向に沿った方向に
おいて隣接して位置するもの相互の中心間隔が5(mm) 以
下となるように設けられたものである。このようにすれ
ば、軸心方向に沿った方向における抵抗体層の配列間隔
が十分に小さくされることから、その軸心方向における
加熱ローラの表面温度のバラツキ範囲が8(℃) 程度以下
と小さい一層一様な温度分布が得られる。すなわち、加
熱ローラの表面温度は、発熱源である螺旋状を成す抵抗
体層から軸心方向に沿った方向に離隔するほど低くなる
ことから、可及的に一様な温度分布を得るためには、螺
旋状抵抗体層の軸心方向における相互間隔が小さいこと
が望まれる。そのため、例えばトナーの定着等に適切な
温度範囲にその表面温度を保持するためには、その温度
バラツキが8(℃) 程度以下であることが望ましいため、
螺旋状抵抗体層の中心間隔を5(mm) 以下することが望ま
れるのである。なお、一層好適には、上記の中心間隔は
4(mm) 以下である。このようにすれば、温度バラツキを
3(℃) 程度以下を一層小さくできる。また、更に好適に
は、上記の中心間隔を3(mm) 以下とすれば、温度バラツ
キを2(℃) 程度以下と一層小さくできる。

【００１２】また、好適には、前記複数本の螺旋状抵抗
体層は、前記電気絶縁性基体の内周面に備えられている
ものである。このようにすれば、抵抗発熱体層が内周面
に備えられ、記録紙等に接触させられる基体の外周面に
備えられていないことから、螺旋状抵抗体層のパターン
形状に起因する外周面の凹凸が生じず、トナー定着用途
等に好適な高い平坦度を備えて記録紙への押圧力が一様
な加熱ローラが得られる。しかも、このような内面発熱
型加熱ローラでは、基体によって記録紙、接触型温度セ
ンサや加圧ローラとの摺動から抵抗発熱体層が保護され
ることから、その損傷や発熱量の変化が生じない。その
ため、トナー定着用途に適用された場合にも定着ムラが
生じ難い加熱ローラが得られる。

【００１３】因みに、表面発熱型加熱ローラのように外
周面に抵抗発熱体層を設ける場合には、外周面の凹凸を
可及的に小さくする必要があるためにパターン設計の自
由度が低く、しかも、トナー定着用途においては記録紙
等との摺動に起因して抵抗発熱体層が損傷し易いのであ
る。なお、トナー定着用加熱ローラの外周面には、記録
紙表面に転写させられたトナーがその外周面に付着する
ことを防止する目的でフッ素樹脂等から成る被覆層が設
けられ、この被覆層は表面発熱型加熱ローラにおいては
抵抗発熱体層を磨耗から保護する保護層としても機能す
る。しかしながら、通常その厚さは十数 (μm)程度に過
ぎないため、保護層としての機能は短期間しか維持され
得ず、パターン形成した抵抗発熱体層の凹凸を緩和する
効果は殆ど得られないのである。

【００１４】また、好適には、前記複数本の螺旋状抵抗
体層は、前記電気絶縁性基体の軸心方向の両端部間の抵
抗値が何れも同様な値である。このようにすれば、同様
な抵抗値を有して発熱量が同様な複数本の螺旋状抵抗体
層が周方向および軸心方向に沿った方向に順次配列され
ることとなるため、加熱ローラの軸心方向および周方向
における温度分布が一層一様になる。

【００１５】また、好適には、前記複数本の螺旋状抵抗
体層は、前記電気絶縁性基体をその軸心回りに回転させ
た状態で、その電気絶縁性基体上に吐出細管の先端から
抵抗体ペーストを吐出しつつその吐出細管をその電気絶
縁性基体の軸心方向に沿って相対移動させることによっ
て複数本の螺旋状ペースト膜を形成し、その螺旋状ペー
スト膜を加熱処理することによって形成されたものであ
る。このようにすれば、塗布および加熱処理するだけの
簡単な工程で螺旋状抵抗体層を形成できることから、研
削加工を施してパターン形成する場合の工数の増大や電
気絶縁性基体の強度低下を抑制しつつ、抵抗発熱体層の
全抵抗値を容易に低下させ得る。すなわち、抵抗体ペー
ストを用いて電気絶縁性基体上に直接パターン形成する
場合には、前述のように製造工程が簡単である反面、螺
旋状抵抗体層の厚さや幅寸法を大きくすると固着強度の
低下し膜厚ムラが増大することから抵抗発熱体層の全抵
抗値を低下させることが一層困難であったため、本発明
を適用する効果が顕著に得られる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
参照して説明する。なお、以下の実施例において、各部
の寸法比等は必ずしも正確に描かれていない。

【００１７】図１は、本発明の直接発熱型加熱ローラの
一実施例であるトナー定着用加熱ローラ（以下、加熱ロ
ーラという）１０が適用された複写機のトナー定着部の
要部断面を模式的に示す図である。図において、上下に
所定の間隔をもって固定されたハウジング１２，１４内
に、上記加熱ローラ１０と例えばアルミニウム製円柱１
６の外周面にシリコーンゴム１８が固着されて成る加圧
ローラ２０とが図示しない軸受により回転可能に取り付
けられており、加熱ローラ１０および加圧ローラ２０は
所定の力で互いに押圧されている。また、ハウジング１
２の内周面と加熱ローラ１０の外周面との間隔は約1(m
m) 程度と小さくされており、ハウジング１２の内周面
にはサーミスタ等から構成される温度センサ２２が加熱
ローラ１０に接触した状態で取り付けられて、その加熱
ローラ１０の表面温度を検出し、図示しない制御回路に
より加熱ローラ１０に印加される電圧が制御され、その
表面温度が適正な温度に保たれるようにされている。そ
して、図示しない転写装置によりトナーが転写された記
録紙２４等が搬入口２６から送り込まれると、加熱ロー
ラ１０および上記加圧ローラ２０間で加熱されつつ加圧
される過程でトナーに含まれる樹脂が溶融して、その記
録紙２４等にトナーが定着させられる。

【００１８】上記加熱ローラ１０は、図２に中間部を切
り欠いて示すように、ガラス円筒２８と、その円筒状の
内周面３０の両端部近傍において環状に設けられた一対
の電極３２、３２と、その内周面３０上のそれら一対の
電極３２、３２の間に設けられて電極３２、３２の間に
流された電流により発熱する抵抗発熱体層３４と、トナ
ーの付着を防止するためにガラス円筒２８の外周面を覆
って設けられた被覆層３６とを備えている。

【００１９】上記のガラス円筒２８は、円筒状の外周面
を有して加熱ローラ１０の基体として機能しており、例
えば、全長360(mm) 、外径30(mm)、肉厚0.6(mm) 程度の
寸法の引き抜き加工により製造された硬質ガラス［例え
ば、SiO₂ 72.0(wt％) 、B₂O₃10.5(wt％) 、Al₂O₃ 7.0(w
t％) 、および少量のアルカリ金属、アルカリ土類金属
から成り、その特性が熱伝導率 0.0026(cal/sec・cm・
℃) 、比熱 0.17(cal/g・℃) 、軟化点 790(℃) 程度
のガラス等］製円筒である。したがって、ガラス円筒２
８の内半径はｒ＝14.4(mm)程度である。

【００２０】また、前記一対の電極３２、３２は、例え
ばAg、Ag−Pd合金、或いはAg−Pt合金等から成るもので
あって、例えばガラス円筒２８の両端よりも10(mm)程度
内側の位置から軸心方向に10(mm)程度の幅で5(μm)程度
の厚さを以て設けられている。また、前記抵抗発熱体層
３４は、それぞれ電極３２と同様にAg−Pd合金等から成
って螺旋状を成す（すなわち螺旋に沿って連続する）二
本の抵抗体層３４ａ、３４ｂから構成されたものであ
り、例えば厚さｔ＝ 16(μm)程度、線幅ｗ＝1.2(mm) 程
度の断面形状に形成されている。なお、抵抗発熱体層３
４を構成する抵抗体材料のＴＣＲは500(ppm)程度であ
る。また、前記被覆層３６は、例えば熱収縮性ＰＦＡ
（パーフルオロアルコキシ樹脂）等のフッ素樹脂から成
り、例えば20〜25(μm)程度の厚さで、両端部が電極３
２、３２が設けられている位置と重なるように設けられ
ている。

【００２１】図３は加熱ローラ１０の軸心方向に沿った
断面を模式的に示すものである。図において一点鎖線
は、抵抗発熱体層３４の断面に示されている部分の中間
部すなわち断面に現れていない部分を表している。図に
示されるように、上記の二本の螺旋状抵抗体層３４ａ、
３４ｂは、両端部において同一の電極３２、３２に連続
して形成されて同時に電圧を印加され且つ発熱させられ
るようになっているが、中間部においてはガラス円筒２
８の軸心方向に沿った方向における相互の中心間隔が例
えばｐ＝2.97(mm)程度となるように設けられて互いに電
気的に絶縁させられている。加熱ローラ１０の加熱範囲
は電極間距離に等しいこの絶縁させられている範囲Ｗで
あり、軸心方向に沿った方向における発熱幅はＷ＝320
(mm) 程度である。すなわち、抵抗発熱体層３４は、そ
れぞれガラス円筒２８の周方向に回転しつつその軸心方
向に連続する螺旋状を成し且つその軸心方向の中間部に
おいて相互に電気的に絶縁させられて二重螺旋を形成す
る二本の螺旋状抵抗体層３４ａ、３４ｂから構成されて
いる。上記の被覆層３６は、この320(mm) 程度の発熱幅
Ｗの全体を覆うように、その発熱幅Ｗよりも広い範囲に
設けられている。

【００２２】また、螺旋状抵抗体層３４ａ、３４ｂは、
それぞれｐa ＝ｐb ＝ 2ｐの互いに同様な中心間隔（ピ
ッチ）で全体として一定の中心間隔を以て設けられてお
り、ガラス円筒２８の内周面３０上の周方向においては
互いに180 度ずれて位置させられている。そのため、内
周面３０上の発熱幅Ｗの範囲内では、軸心方向に沿った
方向および周方向の何れにおいても螺旋状抵抗体層３４
ａ、３４ｂが均等に配置されている。このように中心間
隔がｐa ＝ｐb と等しいことからそれぞれの全長Ｌａ、
Ｌｂは同様な長さＬ＝4888(mm)程度になっており、更
に、前記のように構成材料、厚さｔ、線幅ｗも同様であ
るため、螺旋状抵抗体層３４ａ、３４ｂのそれぞれの全
抵抗値（電極３２、３２間の抵抗値）Ｒａ、Ｒｂは同様
な値である。本実施例においては、それぞれの全抵抗値
は直流抵抗値で例えば 28(Ω) 程度であることから、こ
れらが並列して構成された抵抗発熱体層３４の全抵抗値
Ｒは1／Ｒ＝(1／Ｒａ) ＋(1／Ｒｂ) で与えられて 14
(Ω) 程度である。このため、全抵抗値Ｒが比較的低い
ことから、加熱ローラ１０の表面温度が180(℃) に上昇
するまでの立ち上がり時間が例えば10秒以下と短くなっ
ている。因みに、加熱ローラの立ち上がり時間は印加電
力Ｐ（＝Ｅ² ／Ｒ）が大きいほど短くなるが、静電複写
機においては、印加電圧Ｅは100 或いは200(V)に限定さ
れている。したがって、図４に印加電圧Ｅ＝100(V)の場
合を示すように、全抵抗値Ｒが高くなるほど立ち上がり
時間すなわち予熱時間が長くなるのである。

【００２３】しかも、加熱ローラ１０では、全抵抗値Ｒ
が低くされているにも拘わらず、前述のように抵抗発熱
体層３４のピッチ（中心間隔）が、ｐ＝2.97(mm)程度と
小さくされている。そのため、ガラス円筒２８の軸心方
向に沿った方向における抵抗発熱体層３４のピッチｐが
十分に小さいことから、その軸心方向に沿った方向の表
面温度バラツキ（すなわち最高温度と最低温度との温度
差）は極めて小さく2(℃) 以下になっている。すなわ
ち、加熱ローラ１０の表面温度は熱源となる抵抗発熱体
層３４から軸心方向に沿った方向に離隔するほど低下さ
せられるため、ピッチｐが大きくなるほどその表面の最
低温度が低くなり延いては温度バラツキが大きくなる一
方、ピッチｐが小さくなるほど最低温度が高められて温
度バラツキが小さくなるのである。ここで、多重螺旋と
するときの個々の螺旋状抵抗体層３４の全長Ｌは下記
(1) 式で与えられる。なお、Ｒs は膜厚ｔを20 (μm)と
したときのシート抵抗値、ｎは螺旋状抵抗体層３４の本
数であり、本実施例においてはＲs ＝5.50(mΩ／□) 程
度、ｎ＝２である。したがって、全抵抗値Ｒを 14(Ω)
とするとき、前記各数値を(1) 式に代入してＬ＝4888(m
m)程度であることから、(2) 式に従ってｐ＝2.97(mm)程
度と定められているのである。このピッチｐは、下記
(1) 、(2) 式から明らかなように、一本の螺旋状抵抗体
層から抵抗発熱体層３４が構成される場合のピッチｐ
（ｎ＝１）＝11.95(mm) に対して略ｎ^-2倍程度の大きさ
に短縮されている。すなわち、加熱ローラ１０は、抵抗
発熱体層３４が多重螺旋（本実施例においては二重螺
旋）で構成されることに基づいて個々の螺旋状抵抗体層
３４ａ、３４ｂの全長Ｌを長くできるため、ピッチｐが
小さくなっているのである。 Ｌ＝ (Ｒ・ｗ／Ｒs)× (ｔ／20) ×ｎ ・・・(1) ｐ＝ 2πｒ／｛ｎ×[(Ｌ² ／Ｗ²)−１]^1/2｝・・・(2)

【００２４】なお、上記(1) 、(2) 式から明らかなよう
に、抵抗発熱体層３４の膜厚ｔを厚くすれば、単螺旋か
ら構成してもその全長Ｌを長くしてピッチｐを短くでき
る。しかしながら、硬質ガラスから成るガラス円筒２８
とAg−Pd合金等から成る抵抗発熱体層３４とは熱膨張率
が大きく異なるため、膜厚ｔを厚くするほど焼付け時に
抵抗発熱体層３４の剥離が生じ易く、不良率が増大する
という問題がある。すなわち、図５に抵抗発熱体層３４
の膜厚ｔと抵抗剥離による不良率との関係を示すよう
に、ｔ＝ 16(μm)程度を越えると不良率の増大が著しく
なる。したがって、本実施例の加熱ローラ１０における
膜厚ｔ＝ 16(μm)程度が実用的な膜厚の上限であり、膜
厚を厚くすることによってピッチｐを短くすることはで
きない。

【００２５】ところで、図６に示されるような螺旋状の
抵抗発熱体層３８を備えた加熱ローラ４０で加熱試験を
した結果によれば、その外周面上の任意の位置における
軸心方向に沿った表面温度は、図７に示されるように抵
抗体の存在する位置（図６における位置１〜５）で最も
高くそれらの間の中央位置で最も低くなり、温度差ａが
生じる。なお、上記の加熱ローラ４０は、螺旋状の抵抗
発熱体層３８が一本だけとされている他は加熱ローラ１
０と同様に構成されている。この加熱ローラ４０に700
(W)の電力を印加して10秒経過後の表面温度を熱電対で
測定し、温度差ａとピッチｐとの関係を調べた結果を図
８に示す。温度差ａは前述した理由に基づいて生じるも
のであって螺旋状の抵抗体発熱層３８では避けられない
が、図に示されるように、ピッチｐが大きくなるほど温
度差ａが増大する傾向にあって、ｐ＝4(mm) 程度を越え
ると急激な曲線を描き、5(mm) を越えると温度差ａが8
(℃)にもなる。上記の図８は螺旋状の抵抗発熱体層３８
が一本備えられている場合の実験結果であるが、温度差
ａは専らピッチｐだけで決定されるため、加熱ローラ１
０のように二本の螺旋状抵抗体層３４ａ、３４ｂを備え
る場合、或いは更に多数の螺旋状抵抗体層３４を備える
場合にも同様な結果を期待できる。

【００２６】したがって、トナー定着用途では記録紙２
４等を加熱する外周面全体を定着に適切な温度範囲に保
って定着ムラを抑制するために、例えば8(℃) 程度以下
の温度差ａが望まれることから、ピッチｐは少なくとも
5(mm) 以下であることが必要である。そして、加熱ロー
ラ１０のようにピッチが3(mm) 以下とされていれば、2
(℃) 以下の極めて良好な温度分布が得られるのであ
る。すなわち、前記(1) 、(2) 式から明らかなように、
ピッチｐはガラス円筒２８の内径ｒが大きくなるほど長
く（荒く）なる。このため、外径が30(mm)程度と大きい
ガラス円筒２８を用いている加熱ローラ１０において
は、全長Ｌ延いては全抵抗値Ｒを外径20(mm)程度の小径
の場合と同様に保とうとするとピッチｐが長くなって温
度差ａが大きくなるという問題が生じる。これに対し
て、本実施例においては並列する二本の螺旋状抵抗体層
３４ａ、３４ｂから抵抗発熱体層３４が構成されること
から、全抵抗値Ｒが合成抵抗として与えられて低くなる
ため、全長Ｌを長くしても全抵抗値Ｒが高くならず、全
抵抗値Ｒを低く保ちながらピッチｐを短くできる。換言
すれば、本実施例によれば、ピッチｐを大きくすること
なく全抵抗値Ｒを変化させ得るため、例えば従来外径30
(mm)の場合に全抵抗値Ｒが35〜 90(Ω）程度の範囲であ
った場合に、好適な温度分布が得られるピッチｐの範囲
内で、12〜 90(Ω) と全抵抗値Ｒを取り得る範囲を大き
く広げることができる。なお、前記のように単螺旋から
成る抵抗発熱体層３４で全抵抗値Ｒを 14(Ω) 程度とす
るためにｐ＝11.95(mm) 程度となる場合には、温度差ａ
が少なくとも 20(℃) 以上になってトナー定着に適切な
温度を得ることが困難である。

【００２７】なお、加熱ローラ１０は、例えば図９に示
す工程に従って作製されたものである。先ず、工程１−
１において、例えば引き抜き加工した硬質ガラス円筒を
所定の長さに切断することにより前記の寸法・形状のガ
ラス円筒２８を作製する。一方、工程１−２において、
例えばAg−Pd合金パウダを 75(wt％) 程度と、鉛系低軟
化点ガラスパウダ［軟化点 500(℃) ］を5(wt％) 程度
と、セルロース系樹脂およびターピネオール系溶剤を 2
0(wt％) 程度とを混合し、15000(cp) 程度の粘度に調整
して抵抗体ペーストを作製する。次いで、工程２におい
ては、ガラス円筒２８の内周面３０に抵抗体ペーストを
塗布する。この抵抗体ペーストの塗布は、例えば、図１
０に示されるように、鉤状の吐出細管４２を先端に備え
た供給細管４４をガラス円筒２８内に挿入し、図に矢印
Ｒで示されるようにガラス円筒２８を軸心回りに回転さ
せた状態で、図示しないペースト供給装置によってその
供給細管４４を介して供給される抵抗体ペーストを吐出
細管４２からその内周面３０に一定の吐出圧で吐出させ
つつ、図の矢印Ｔで示されるように供給細管４４を後退
させることで行われる。

【００２８】これにより、吐出細管４２がガラス円筒２
８の内周面３０上を螺旋状に移動させられるが、このと
き、ガラス円筒２８の回転速度および供給細管４４の後
退速度やペーストの吐出圧力等は、ガラス円筒２８の両
端部において抵抗体ペーストの連続膜が形成され、且つ
中間部の320(mm) 程度の領域において螺旋状の膜が形成
されると共にそれぞれ前記の膜厚が得られるように設定
される。そのため、図１１に示されるように、ペースト
膜４６はガラス円筒２８の端部近傍の前記発熱幅Ｗの外
側位置においてはその軸心方向に重なりながら塗布形成
される一方、その発熱幅Ｗの範囲内においては一定のピ
ッチｐａを以て隙間を開けて塗布形成されて螺旋状膜４
６ａとなる。そして、一本の螺旋状膜４６ａがガラス円
筒２８の両端部間の内周面３０に形成された後、再び吐
出細管４２をガラス円筒２８内に挿入し、同様にして先
に形成した螺旋状膜４６ａのピッチの中間位置を通るよ
うにもう一本の螺旋状膜４６ｂ（図示せず）を形成す
る。なお、上記の図１１は、一本の螺旋状膜４６ａが形
成された状態を示している。この図１１においては、ガ
ラス円筒２８の内周面３０に軸心方向に連続するように
抵抗体ペーストを塗布して形成された膜４６に、塗布時
の螺旋形状に従った凹凸が描かれているが、抵抗体ペー
スト４６は比較的高い流動性を有するため、連続膜４６
の表面は塗布直後から比較的滑らかな小さな凹凸形状と
なる。

【００２９】図９に戻って、続く工程３においては、例
えばガラス円筒２８を25(rpm) 程度の所定の回転速度で
回転させることにより、前記図１１に示されるようにそ
の内周面３０に塗布形成されたペースト膜４６のレベリ
ングが行われて塗布厚さが均一にされる。次いで、工程
４においては、回転を継続したまま、例えば 80(℃)程
度の所定の温度の熱風を吹きつけて仮乾燥を施す。これ
により、塗布形成されたペースト膜４６がその膜厚を維
持できる程度に乾燥させられる。その後、工程５におい
て、例えば150(℃) 程度の所定の温度の乾燥機内に静置
して完全に乾燥し、更に、工程６において、所定の温度
サイクル［例えば昇温速度 13(℃/min)、最高温度600
(℃) 程度で15分程度保持、降温速度10℃/min］にて加
熱処理（焼成）することにより、螺旋状膜４６ａ、４６
ｂから前記の二本の螺旋状抵抗体層３４ａ、３４ｂすな
わち抵抗発熱体層３４が、連続膜４６から前記の電極３
２、３２がそれぞれ形成される。そして、工程７におい
て、例えば熱収縮性ＰＦＡチューブをガラス円筒２８の
外周面に被せ、所定の温度で加熱処理して収縮させて外
周面に密着させることにより、加熱ローラ１０が得られ
る。

【００３０】以上、説明したように、本実施例において
は、加熱ローラ１０の抵抗発熱体層３４は、それぞれガ
ラス円筒２８の周方向に回転しつつその軸心方向に連続
する螺旋状を成し且つその軸心方向の中間部において相
互に電気的に絶縁させられて二重螺旋を形成する二本の
螺旋状抵抗体層３４ａ、３４ｂから構成される。そのた
め、加熱ローラには二本の螺旋状抵抗体層３４ａ、３４
ｂが相互に電気的に絶縁させられて二重螺旋を形成する
ように並列に設けられることから、抵抗発熱体層３４の
全抵抗値Ｒは並列する二本の螺旋状抵抗体層３４ａ、３
４ｂの合成抵抗として 1／Ｒ＝(1／Ｒａ＋ 1／Ｒｂ) で
与えられる。すなわち、個々の螺旋状抵抗体層３４ａ、
３４ｂの抵抗値Ｒａ、Ｒｂを低くすることなくその本数
に応じて全抵抗値Ｒを低くできる。したがって、全抵抗
値Ｒを低くする目的で螺旋状抵抗体層３４ａ、３４ｂの
幅寸法ｗを広くし或いは全長Ｌを短くする必要がないた
め、幅寸法ｗを広くする場合のような周方向の温度ムラ
の増大、或いは全長Ｌを短くする場合のような螺旋間隔
すなわちピッチｐの増大延いては軸心方向の温度ムラの
増大を伴うことなく全抵抗値Ｒを低くできる。しかも、
一定の全抵抗値Ｒを得る場合には、螺旋状抵抗体層３４
ａ、３４ｂの本数を多くするほど各々の全長を長くして
抵抗値Ｒａ、Ｒｂを高くする必要があって螺旋の間隔ｐ
が短くなるため、軸心方向の温度ムラは一層小さくな
る。更に、ガラス円筒２８上には軸心方向に沿って二本
の螺旋状抵抗体層３４ａ、３４ｂが順次配列されること
から、それら螺旋状抵抗体層３４ａ、３４ｂの一方の抵
抗値に螺旋に沿ってバラツキが生じても、そのバラツキ
が他方の螺旋状抵抗体層３４ａ、３４ｂで緩和されるた
め、その軸心方向および周方向における抵抗値バラツキ
延いては温度ムラも生じ難くなる。上記により、軸心方
向および周方向における温度ムラが小さく且つ全抵抗値
が低い加熱ローラ１０が得られる。

【００３１】また、本実施例においては、二本の螺旋状
抵抗体層３４ａ、３４ｂは、ガラス円筒２８の軸心方向
の中間部の各位置において周方向における配置が均等と
なるように設けられている。そのため、軸心方向の中間
部の各位置において二本の螺旋状抵抗体層３４ａ、３４
ｂが周方向に均等な位置に配列されることから、その周
方向における温度分布が一層一様になる。しかも、周方
向に均等に配置されることは図３等からも明らかなよう
に二本の螺旋状抵抗体層３４ａ、３４ｂの一組毎の相互
間隔が軸心方向においても一様であることを意味するた
め、その軸心方向の温度分布も一層一様となる。

【００３２】また、本実施例においては、二本の螺旋状
抵抗体層３４ａ、３４ｂは、全体としてピッチｐが2.97
(mm)程度に設けられている。そのため、軸心方向に沿っ
た方向における抵抗体層３４ａ、３４ｂのピッチｐすな
わち配列間隔が十分に小さいことから、その軸心方向に
おける加熱ローラ１０の表面温度のバラツキ範囲が2
(℃) 以下程度と小さい一層一様な温度分布が得られ
る。

【００３３】また、本実施例においては、抵抗発熱体層
３４すなわち二本の螺旋状抵抗体層３４ａ、３４ｂは、
ガラス円筒２８の内周面３０に備えられている。そのた
め、抵抗発熱体層３４が内周面３０に備えられ、記録紙
２４等に接触させられるガラス円筒２８の外周面に備え
られていないことから、螺旋状抵抗体層３４ａ、３４ｂ
のパターン形状に起因する外周面の凹凸が生じず、高い
平坦度を備えて記録紙２４への押圧力が一様な加熱ロー
ラ１０が得られる。しかも、このような内面発熱型加熱
ローラ１０では、ガラス円筒２８によって記録紙２４、
接触型温度センサ２２や加圧ローラ２０との摺動から抵
抗発熱体層３４が保護されることから、その損傷や発熱
量の変化が生じない。そのため、一層定着ムラが生じ難
い加熱ローラ１０が得られる。

【００３４】また、本実施例においては、二本の螺旋状
抵抗体層３４ａ、３４ｂは、ガラス円筒２８の軸心方向
の両端部間の抵抗値Ｒａ、Ｒｂが何れも 28(Ω) 程度と
同様な値である。そのため、同様な抵抗値を有して発熱
量が同様な二本の螺旋状抵抗体層３４ａ、３４ｂが周方
向および軸心方向に沿った方向に順次配列されているた
め、加熱ローラ１０の軸心方向および周方向における温
度分布が一層一様になる。

【００３５】また、本実施例においては、二本の螺旋状
抵抗体層３４ａ、３４ｂは、ガラス円筒２８をその軸心
回りに回転させた状態で、そのガラス円筒２８上に吐出
細管４２の先端から抵抗体ペーストを吐出しつつその吐
出細管４２をそのガラス円筒２８の軸心方向に沿って相
対移動させることによって複数本の螺旋状ペースト膜４
６ａ、４６ｂを形成し、その螺旋状ペースト膜４６ａ、
４６ｂを加熱処理することによって形成されたものであ
る。そのため、塗布および加熱処理するだけの簡単な工
程で螺旋状抵抗体層３４ａ、３４ｂが形成されることか
ら、研削加工を施してパターン形成する場合の工数の増
大やガラス円筒２８の強度低下を抑制しつつ、抵抗発熱
体層３４の全抵抗値Ｒを容易に低下させ得る。

【００３６】以上、本発明の一実施例を図面を参照して
詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施され
る。

【００３７】例えば、前述の実施例においては、抵抗発
熱体層３４が二本の螺旋状抵抗体層３４ａ、３４ｂから
構成されていたが、螺旋状抵抗体層３４の本数は所望の
温度差ａ以下となるピッチｐが得られるように、全抵抗
値Ｒ、ガラス円筒２８の内径、膜厚ｔ、抵抗体材料等に
応じて適宜定められる。なお、実施例においては、二本
の螺旋状抵抗体層３４ａ、３４ｂを一本の吐出細管４２
および供給細管４４で順次塗布形成していたが、例え
ば、螺旋状抵抗体層の本数に応じた本数の吐出細管４２
および供給細管４４を同時にガラス円筒２８内に挿入し
て複数本の螺旋状抵抗体層を同時に形成してもよい。

【００３８】また、実施例においては、抵抗発熱体層３
４が発熱幅Ｗの範囲内において一定のピッチｐで設けら
れていたが、軸心方向における使用時の温度バラツキを
考慮して両端部と中央部とのピッチｐを異なるものとし
てもよい。

【００３９】また、実施例においては、螺旋状抵抗体層
３４ａ、３４ｂが周方向における配置が均等となるよう
に設けられていたが、必ずしも均等に配置されていなく
ともよい。すなわち、本発明によれば、抵抗発熱体層３
４の螺旋状抵抗体層の本数ｎの二乗に略比例してピッチ
ｐを飛躍的に短くできることから、たとえ均等に配置さ
れていなくとも、従来の単螺旋から構成されている場合
に比較すれば十分に温度バラツキが抑制される。

【００４０】また、実施例においては、抵抗発熱体層３
４のピッチｐが2.97(mm)程度とされていたが、ピッチｐ
の大きさは許容される温度差ａ等に応じて適宜変更され
る。但し、トナー定着用に用いる場合には、温度差ａが
8(℃) 以下であることが望まれるため、ｐ≦5(mm) に設
定されることが望ましい。

【００４１】また、実施例においては、ガラス円筒２８
の内周面３０に抵抗発熱体層３４が備えられた内面発熱
型加熱ローラ１０に本発明が適用された場合を説明した
が、本発明は表面発熱型加熱ローラにも同様に適用され
る。この場合には、本発明によればピッチｐを小さくで
きることから、パターンに起因する凹凸を容易に緩和で
きるため、表面発熱型においても高い平坦度を得ること
が容易となる。

【００４２】また、実施例においては、電極３２、３２
と抵抗発熱体層３４とが同一材料から構成されていた
が、これらは相互に別材料から構成されていても差し支
えない。

【００４３】また、実施例においては、抵抗発熱体層３
４の表面上（加熱ローラ１０の内周表面上）には何等保
護層が形成されていなかったが、抵抗発熱体層３４の耐
久性を向上させるために低軟化点ガラスや耐熱・電気絶
縁性樹脂等から成る保護層を形成しても良い。

【００４４】また、実施例においては、円筒状の電気絶
縁性基体として硬質ガラスから成るガラス円筒２８が用
いられていたが、抵抗発熱体層３４が設けられる面（実
施例においては内周面３０、表面発熱型においては外周
面）が電気絶縁性を有する円筒状体であれば、種々の材
料から電気絶縁性基体を構成することができる。例え
ば、ホーロ−等の絶縁皮膜が少なくとも抵抗発熱体層３
４の形成面に施された金属管や、アルミナ、ムライト、
ステアタイト等のセラミック円筒等から電気絶縁性基体
を構成しても良い。

【００４５】また、実施例においては、本発明がトナー
定着用加熱ローラ１０の製造に適用された場合を説明し
たが、本発明は、円筒状の電気絶縁性基体上に抵抗発熱
体層３４が設けられてその外周面を用いて均等に押圧し
つつ加熱する種々の加熱ローラに適用され得る。

【００４６】その他、一々例示はしないが、本発明はそ
の主旨を逸脱しない範囲で種々変更が加えられるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の加熱ローラが用いられる複
写機等のトナー定着部の構造を模式的に示す図である。

【図２】図１の加熱ローラの構造を一部切り欠いて示す
図である。

【図３】図２の加熱ローラの軸心方向に沿った断面構造
を示す図である。

【図４】図２の加熱ローラにおいて全抵抗値と立ち上が
り時間との関係を説明する図である。

【図５】抵抗発熱体層の膜厚と不良率との関係を説明す
る図である。

【図６】温度分布評価用の加熱ローラの構成を説明する
図である。

【図７】図６の加熱ローラの軸心方向の温度バラツキを
説明する図である。

【図８】図６の加熱ローラにおいて抵抗発熱体層のピッ
チと温度バラツキとの関係を説明する図である。

【図９】図２の加熱ローラの製造方法を示す工程流れ図
である。

【図１０】図９の製造工程におけるペースト塗布方法を
説明する図である。

【図１１】ガラス円筒の内周面にペースト膜が形成され
た状態を模式的に示す図である。

【符号の説明】

１０：トナー定着用加熱ローラ（直接発熱型加熱ロー
ラ） ２８：ガラス円筒（電気絶縁性基体） ３４：抵抗発熱体層 ３４ａ、３４ｂ：螺旋状抵抗体層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状の外周面を有する電気絶縁性基体
   上に抵抗発熱体層が備えられ、該抵抗発熱体層によって
   直接的に発熱させられた該電気絶縁性基体の該外周面を
   用いて均等に押圧しつつ加熱する直接発熱型加熱ローラ
   であって、 前記抵抗発熱体層は、それぞれ前記電気絶縁性基体の周
   方向に回転しつつその軸心方向に連続する螺旋状を成し
   且つ該軸心方向の中間部において相互に電気的に絶縁さ
   せられて多重螺旋を形成する複数本の螺旋状抵抗体層か
   ら構成されることを特徴とする直接発熱型加熱ローラ。
2. 【請求項２】 前記複数本の螺旋状抵抗体層は、前記電
   気絶縁性基体の軸心方向の中間部の各位置において周方
   向における配置が均等となるように設けられたものであ
   る請求項１の直接発熱型加熱ローラ。
3. 【請求項３】 前記複数本の螺旋状抵抗体層は、前記電
   気絶縁性基体の軸心方向に沿った方向において隣接して
   位置するもの相互の中心間隔が5(mm) 以下となるように
   設けられたものである請求項１または２の直接発熱型加
   熱ローラ。
4. 【請求項４】 前記複数本の螺旋状抵抗体層は、前記電
   気絶縁性基体の内周面に備えられているものである請求
   項１乃至３の何れかの直接発熱型加熱ローラ。